Development of New In-situ Hardening and Bioactivated Composite Materials for Orthopedic Indications

Autor(en): Pompe, Cornelius Universität München, 07. Oktober 2008 Seiten: 214 Auflage: 1 Aufl. Sprache: EN ISBN-10: 3867277532 ISBN-13: 9783867277532 Zugeordnete Fachbereiche: Pharmazie | Humanmedizin Kategorie: Dissertation Bezugsmöglichkeiten Print Version 29,00 € 24,65 € In den Warenkorb eBook (3605.2 kB) 29,00 € In den Warenkorb

Kurzbeschreibung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung neuer in-situ härtender bioabbaubarer Kompositmaterialien zum Einsatz als Knochenersatz. Dieser Ansatz impliziert die Verwirklichung eines „ready-to-use“ Systems zur leichteren Anwendbarkeit bei der chirurgischen Behandlung von knöchernen Defekten. Ein weiteres Ziel besteht in der Verbesserung des Heilungsprozesses im Rahmen orthopädischer Indikationen durch Verfolgung eines regenerativen Therapieprinzips und der Lösung der damit verbundenen galenischen Fragestellungen. Das pharmazeutisch-technologische Grundprinzip auf dem die zu entwickelnden Systeme beruhen, umfasst die Lösung eines bioabbaubaren wasserunlöslichen Polymers in einem biokompatiblen und mit Wasser mischbaren organischen Weichmacher. In die beschriebene Polymerlösung können anorganische Füllstoffe oder Porenbildner zur Unterstützung der Zellmigration dispergiert werden. Nach Applikation bilden diese halbfesten pastösen Systeme Konstrukte mit dreidimensionalem Gerüstcharakter, veränderbarer mechanischer Stabilität und interkonnektierender Porosität. Um den neuartigen Knochenersatzmaterialen osteoinduktive Eigenschaften zu verleihen, werden diese mit rekombinanten knochenmorphogenetischen Proteinen kombiniert. Dies geschieht durch initiale Beschichtung von Tricalciumphopshaten, die gleichzeitig als anorganische Füllstoffe dienen, mit dem jeweiligen Protein. Ein abschließender Lyophilisationsschritt garantiert die Stabilität des Wirkstoffs über die Dauer der Lagerung. Eine weitere zentrale Anforderung an die zu entwickelnden Systeme besteht in der kontrollierten Freisetzung der formulierten Wachstumsfaktoren.
Die Arbeit beschreibt detailliert die Optimierung der mechanischen Eigenschaften der neuartigen Knochenersatzmaterialien und zeigt einen innovativen Lösungsansatz zur Erhöhung der Lagerstabilität von Systemen auf, die auf hydrolyseempfindlichen Poly(laktid-co-glykolid)polymeren basieren. Die Abhängigkeit der Proteinstabilität vom verwendeten organischen Weichmacher wird am Beispiel des recombinant growth and differentiation factor-5 (rhGDF-5) behandelt, welcher als höchst oxidationsanfällig bekannt ist. Im Folgenden befasst sich die Arbeit mit der Entwicklung eines „Puttysystems“ als Alternative zum „ready-to-use“ Ansatz. Dieses Zweikomponentensystem trennt den anorganischen Proteinträger von der in-situ härtenden pastösen Zubereitung für die Dauer der Lagerung, um die Proteinstabilität zu gewährleisten. Im Rahmen der Applikation werden dann die Granulen mit Hilfe der pastösen Komponente kombiniert, wodurch ein kohärentes und formbares „Putty“-ähnliches Knochenersatzmaterial entsteht, welches jeder Defektgeometrie angepasst werden kann. Für beide Systeme werden im Rahmen der Arbeit umfangreiche Studien zur Modellierung der Freisetzung und zur Bioabbaubarkeit beschrieben. Für das Zweikomponentensystem werden darüberhinaus die Einflüsse von Prozessparametern im Rahmen der Strahlensterilisation auf die Freisetzung und die Lagerstabilität untersucht. Des Weiteren enthält die Arbeit weitreichende Experimente zur Aufklärung der physikochemischen Stabilität und der biologischen Aktivität des eingesetzten Proteins im Verlaufe der Freisetzung. Schließlich wird im Rahmen einer in-vivo Studie mit Hilfe eines etablierten Defektmodells die Biokompatibilität des Zweikomponentensystems aufgezeigt.

Stichwörter

Knochenregeneration, Proteinformulierung, kontrollierte Freisetzung, Sterilisation,Biomaterialien, Keramiken, bioabbaubare Polymere, Konchenregeneration, knochenmorphogenetische Proteine, kontrollierte Freisetzung, γ -Sterilisation

Keywords

biomaterials, ceramics, biodegradable polymers, bone regeneration, bone morphogenetic proteins, controlled release, γ -sterilization